Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) είναι ένα πολυμερές άνθρακα και φθορίου. Αυτό το υλικό έχει το πιο γνωστό όνομα: Teflon.
Οι ιδιότητες του PTFE περιλαμβάνουν:
Εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες (<1%)
Αντοχή στη διάβρωση χημικής αδράνειας
Αντοχή στη θερμότητα
Χαμηλότεροι συντελεστές τριβής
Αντικολλητικές ιδιότητες (αντέχει σε συνεχείς υψηλές θερμοκρασίες 500°f (260°c))
Αντοχή στη φθορά
Υψηλό σημείο τήξης
Οι εξαιρετικές ιδιότητες του PTFE του δίνουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και χρησιμοποιείται πιο συχνά ως αντικολλητική επίστρωση για μαγειρικά σκεύη. Η καλύτερη αντοχή στη φθορά του PTFE του επιτρέπει να συνδυάζεται με διάφορα υλικά μέσω πολυμερισμού γαλακτώματος ή επεξεργασίας πολυμερισμού εναιώρησης για να σχηματίσει βιομηχανικά προϊόντα υψηλής θερμικής αντοχής με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, όπως μόνωση σύρματος, μεταφορικές ταινίες ποιότητας τροφίμων, εύκαμπτα αντικολλητικά υφάσματα κ.λπ.
Τι είναι το PTFE;
Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο ανακαλύφθηκε το 1938. Αρχικά ανακαλύφθηκε από τον Αμερικανό χημικό Roy J. Plunkett (1910–1994) όταν προσπαθούσε να φτιάξει ένα νέο ψυκτικό μέσο άνθρακα και φθορίου. Οι άνθρωποι εκείνη την εποχή δεν θα είχαν σκεφτεί αυτό το συνηθισμένο προϊόν. Παράξενοι καταλύτες θα επηρεάσουν κάθε πτυχή του κόσμου.
Το 1941, η DuPont απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτό το προϊόν και κατοχύρωσε ένα εμπορικό σήμα με το όνομα 'Teflon' το 1944.
Στις μέρες μας, το πολυτετραφθοροαιθυλένιο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς παραγωγής και ζωής. Στη βιομηχανία της εστίασης, τα μαγειρικά σκεύη με επίστρωση PTFE χρησιμοποιούνται ευρέως. στη βιομηχανία ένδυσης, κορυφαία ανθεκτικά στο κρύο ρούχα από μάρκες όπως η HELIKON και η Carinthia χρησιμοποιούν όλα PTFE ως επίστρωση ή εξωτερικό στρώμα. , προκειμένου να επιτευχθεί η ικανότητα να αντέχει το έντονο κρύο των -30°C. Στον στρατιωτικό τομέα, τα υλικά PTFE με χαμηλή απώλεια, εξαιρετικές διηλεκτρικές ιδιότητες, καλή συνοχή, σταθερές χημικές ιδιότητες και σχεδόν καθόλου απορρόφηση υγρασίας χρησιμοποιούνται ευρέως σε πίνακες ραντάρ υψηλής ραδιοσυχνότητας. Στον ιατρικό τομέα, τα υλικά PTFE χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε τεχνητά μέρη του σώματος.
Τι σημαίνει το PTFE;
Το PTFE σημαίνει πολυτετραφθοροαιθυλένιο, ο χημικός όρος για το πολυμερές (C2F4)n.
Αυτό το υλικό αναφέρεται γενικά σε οποιοδήποτε επώνυμο συνθετικό φθοροπολυμερές ptfe. Τα κύρια χαρακτηριστικά του πολυτετραφθοροαιθυλενίου είναι τα εξής:
Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας (°F /°C): 500/260
Αντοχή εφελκυσμού σε θραύση (PSI): 4.000
Διηλεκτρική σταθερά (kV/mil): 3.7
Αναλογία: 2,16
Επιμήκυνση στο σπάσιμο: 350%
Shore D Σκληρότητα: 54
Το ευρέως χρησιμοποιούμενο συνθετικό φθοριοπολυμερές πολυτετραφθοροαιθυλενίου με τα παραπάνω χαρακτηριστικά έχει ήδη αμέτρητες μάρκες, οι κύριες μάρκες είναι οι εξής:
TEFLON®: Chemours
FLUON®: AGC Ltd
DYNEON®: 3M
POLYFLON: Daikin Industrial Co., Ltd.
ALGOFLON: Solvay Ltd.
PTFE Χημική Δομή
Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο είναι ένα γραμμικό πολυμερές που αποτελείται από άτομα άνθρακα (C) και φθορίου (F), με τον χημικό τύπο (C2F4)n, όπου n είναι ο αριθμός των μονάδων μονομερούς.
Η δομή του PTFE μπορεί να εκφραστεί ως: -CF2-CF2-CF2-CF2-
Η μακριά αλυσίδα των μορίων PTFE αποτελείται από άτομα άνθρακα, καθένα από τα οποία συνδέεται με δύο άτομα φθορίου.
Τα άτομα φθορίου σχεδόν καλύπτουν την επιφάνεια των ατόμων άνθρακα της σπειροειδούς πολυμερούς αλυσίδας. Τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν την κύρια αλυσίδα της αλυσίδας του πολυμερούς. Τα άτομα φθορίου σχηματίζουν μια δομή σαν ασπίδα γύρω από τα άτομα άνθρακα, η οποία προστατεύει καλά τα εσωτερικά άτομα άνθρακα.
Αυτή η μοναδική διάταξη ατόμων δίνει στο PTFE τις εξαιρετικές του ιδιότητες. Αυτή η μοριακή δομή συμβάλλει στις απαράμιλλες φυσικές και χημικές ιδιότητες του PTFE.
Τι είναι το υλικό τεφλόν;
Το τεφλόν είναι ένα θερμοπλαστικό φθοριοπολυμερές και το ακρωνύμιο του τεφλόν είναι PTFE (πολυτετραφθοροαιθυλένιο).
Το Teflon είναι εμπορικό σήμα της Chemours, ωστόσο, το PTFE μπορεί επίσης να αγοραστεί από εταιρείες εκτός της Chemours.
Το τεφλόν είναι ένα δημοφιλές υλικό λόγω της χαμηλής τριβής, της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία και της χημικής αντοχής του.
Είναι Teflon PTFE
Φυσικά, το τεφλόν είναι ένα πολυμερές υλικό πολυμερισμένο από τετραφθοροαιθυλένιο και είναι ένα είδος υπερφθοριωμένου υλικού. Η χημική του ονομασία είναι πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE).
Η χημική δομή του τεφλόν είναι πολύ μοναδική. Η μοριακή δομή είναι ότι το F (άτομα φθορίου) αντικαθιστά όλα τα Η (άτομα υδρογόνου) στην αλυσίδα C. Ταυτόχρονα, επειδή η ακτίνα του ατόμου φθορίου είναι πολύ μεγαλύτερη από την ακτίνα του ατόμου του άνθρακα, η απώθηση μεταξύ των ατόμων είναι πολύ μεγάλη, έτσι όπως τα άτομα υδρογόνου, μπορούν να τακτοποιηθούν σε ένα επίπεδο, έτσι τα άτομα φθορίου σχεδόν σπειροειδώς τυλίξουν τα άτομα άνθρακα, έτσι ώστε ο εξωτερικός κόσμος να μπορεί να έρχεται σε σχετική επαφή μόνο με τα άτομα του φθορίου.
Με ένα ισχυρό φράγμα ατόμου φθορίου, η δομή του πολυμερούς Teflon είναι σχετικά σταθερή σε σύγκριση με άλλα υλικά.
Ιδιότητες τεφλόν
Το PTFE είναι ένα πολυμερές πολυμερισμένο από μονομερές τετραφθοροαιθυλενίου. Είναι ένα διαφανές ή αδιαφανές κερί παρόμοιο με το PE. Η πυκνότητά του είναι 2,2 g/cm3 και ο ρυθμός απορρόφησης νερού είναι μικρότερος από 0,01%.
Η χημική δομή του πολυμερούς PTFE είναι παρόμοια με αυτή του PE, με τη διαφορά ότι όλα τα άτομα υδρογόνου στο πολυαιθυλένιο αντικαθίστανται από άτομα φθορίου. Λόγω της υψηλής ενέργειας δεσμού και της σταθερής απόδοσης του δεσμού CF, έχει εξαιρετική αντοχή στη χημική διάβρωση και μπορεί να αντέξει όλα τα ισχυρά οξέα (συμπεριλαμβανομένου του aqua regia) εκτός από λιωμένα αλκαλικά μέταλλα, οξειδωτικά μέσα και υδροξείδιο του νατρίου πάνω από 300°C. Καθώς και τα αποτελέσματα ισχυρών οξειδωτικών, αναγωγικών παραγόντων και διαφόρων οργανικών διαλυτών.
Το άτομο F στο μόριο PTFE είναι συμμετρικό και τα δύο στοιχεία στον δεσμό CF είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένα. Δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μόριο, καθιστώντας ολόκληρο το μόριο ουδέτερο. Ως εκ τούτου, έχει εξαιρετικές διηλεκτρικές ιδιότητες και η ηλεκτρική του μόνωση δεν επηρεάζεται από την επίδραση του περιβάλλοντος και της συχνότητας.
Φυσικές ιδιότητες τεφλόν
Η αντίσταση όγκου του είναι μεγαλύτερη από 1017, η διηλεκτρική του απώλεια είναι μικρή, η τάση διάσπασης είναι υψηλή, η αντίσταση στο τόξο είναι καλή και μπορεί να λειτουργήσει σε ηλεκτρικό περιβάλλον 250°C. Επειδή δεν υπάρχουν δεσμοί υδρογόνου στη μοριακή δομή PTFE, η δομή είναι συμμετρική, επομένως η κρυστάλλωσή του Ο βαθμός κρυστάλλωσης είναι πολύ υψηλός (γενικά η κρυσταλλικότητα είναι 55%~75%, μερικές φορές έως και 94%), γεγονός που καθιστά το PTFE εξαιρετικά ανθεκτικό στη θερμότητα. Η θερμοκρασία τήξης του είναι 324°C, η θερμοκρασία αποσύνθεσής του είναι 415°C και η μέγιστη θερμοκρασία χρήσης του είναι 250°C. Είναι εύθραυστο Η θερμοκρασία είναι -190°C και η θερμοκρασία θερμικής παραμόρφωσης (υπό συνθήκες 0,46MPa) είναι 120C.
Το υλικό τεφλόν έχει καλές μηχανικές ιδιότητες. Η αντοχή του σε εφελκυσμό είναι 21~28MPa, η αντοχή σε κάμψη είναι 11~14MPa, η επιμήκυνση είναι 250%~300%, και οι συντελεστές δυναμικής και στατικής τριβής έναντι του χάλυβα είναι και οι δύο 0,04, που είναι καλύτερο από το νάιλον, την πολυφορμαλδεΰδη και το πολυαιθυλένιο. Ο συντελεστής τριβής των ψυχρών πλαστικών είναι μικρός.
Το καθαρό PTFE έχει χαμηλή αντοχή, κακή αντοχή στη φθορά και χαμηλή αντίσταση ερπυσμού. Συνήθως είναι απαραίτητο να προστεθούν ορισμένα ανόργανα σωματίδια στο πολυμερές PTFE, όπως γραφίτης, δισουλφιδική ομάδα, οξείδιο του αλουμινίου, ίνες γυαλιού, ίνες άνθρακα κ.λπ. για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του. και μπορεί επίσης να επεκταθεί συνεργαζόμενος με άλλα πολυμερή όπως πολυφαινυλάση (PHB), πολυφαινυλενο σουλφίδιο (PFS), πολυαιθυλενογλυκόλη (PEEK), συμπολυμερές πολυαιθυλενίου/προπυλενίου (PFEP) κ.λπ. το εύρος θερμοκρασίας απόσβεσης, βελτιώνοντας την αντοχή του στη μεταβλητότητα.
Πώς φτιάχνεται το τεφλόν
Η διαδικασία κατασκευής χρησιμοποιεί χλωροφόρμιο ως πρώτη ύλη, χρησιμοποιεί άνυδρο υδροφθορικό οξύ για τη φθορίωση του χλωροφορμίου, η θερμοκρασία αντίδρασης είναι πάνω από 65ºC, χρησιμοποιεί πενταχλωριούχο αντιμόνιο ως καταλύτη και τέλος χρησιμοποιεί θερμική πυρόλυση για την παραγωγή τετραφθοροαιθυλενίου.
Το Aokai παράγεται χρησιμοποιώντας πολυμερισμό εναιωρήματος ή πολυμερισμό γαλακτώματος.
Παρασκευή μονομερούς τετραφθοροαιθυλενίου
Βιομηχανικά, το χλωροφόρμιο χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη, το άνυδρο υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται για τη φθορίωση του χλωροφορμίου, η θερμοκρασία αντίδρασης είναι πάνω από 65ºC, το πενταχλωριούχο αντιμόνιο χρησιμοποιείται ως καταλύτης και τέλος το τετραφθοροαιθυλένιο παράγεται με θερμική πυρόλυση. Το τετραφθοροαιθυλένιο μπορεί επίσης να παραχθεί με αντίδραση ψευδαργύρου με τετραφθοροδιχλωροαιθάνιο σε υψηλές θερμοκρασίες.
Παρασκευή πολυτετραφθοροαιθυλενίου
Σε έναν βραστήρα πολυμερισμού από σμάλτο ή από ανοξείδωτο χάλυβα, το νερό χρησιμοποιείται ως μέσο, το υπερθειικό κάλιο χρησιμοποιείται ως εκκινητής, το άλας αμμωνίου υπερφθοροκαρβοξυλικού οξέος χρησιμοποιείται ως διασκορπιστικός, ο φθοράνθρακας χρησιμοποιείται ως σταθεροποιητής και το τετραφθοροαιθυλένιο πολυμερίζεται οξειδοαναγωγικό πολυμερισμό λεπτής σκόνης. Τετραφθοροαιθυλένιο.
Προσθέστε διάφορα πρόσθετα στον βραστήρα αντίδρασης και το μονομερές τετραφθοροαιθυλενίου εισέρχεται στον βραστήρα πολυμερισμού στην αέρια φάση. Ρυθμίστε τη θερμοκρασία στο βραστήρα στους 25°C και, στη συνέχεια, προσθέστε μια ορισμένη ποσότητα ενεργοποιητή (μεταδιθειώδες νάτριο) για να ξεκινήσει ο πολυμερισμός μέσω ενός συστήματος οξειδοαναγωγής. Κατά τη διαδικασία πολυμερισμού, τα μονομερή προστίθενται συνεχώς και η πίεση πολυμερισμού διατηρείται στα 0,49~0,78 MPa. Η διασπορά που λαμβάνεται μετά τον πολυμερισμό αραιώνεται σε μια ορισμένη συγκέντρωση με νερό και η θερμοκρασία ρυθμίζεται στους 15~20ºC. Μετά από συσσωμάτωση με μηχανική ανάδευση, πλένεται με νερό και στεγνώνει, δηλαδή, Αυτό το προϊόν λαμβάνεται ως λεπτόκοκκη ρητίνη.
Είναι ασφαλές το Teflon;
Η ίδια η επίστρωση τεφλόν είναι ασφαλής: το ίδιο το υλικό τεφλόν είναι μη τοξικό, δεν αποσυντίθεται και δεν προκαλεί κινδύνους για την υγεία. Αυτό οφείλεται πιθανώς στο ότι η μοριακή του δομή είναι βασικά αδιάλυτη σε πραγματικές χημικές ουσίες, πόσο μάλλον να χωνεύεται και να απορροφάται από το ανθρώπινο σώμα.
Οι μοναδικές ιδιότητες του PTFE το κάνουν να χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές και θαλάσσιες εργασίες όπως η χημική βιομηχανία, το πετρέλαιο, η κλωστοϋφαντουργία, τα τρόφιμα, η χαρτοποιία, η ιατρική, η ηλεκτρονική και τα μηχανήματα.
Εφαρμογή πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE) σε αντιδιαβρωτικές ιδιότητες:
Λόγω των ελαττωμάτων στην αντοχή στη διάβρωση του καουτσούκ, του γυαλιού, των κραμάτων μετάλλων και άλλων υλικών, είναι δύσκολο να συναντήσετε το σκληρό περιβάλλον όπου συνυπάρχουν θερμοκρασία, πίεση και χημικά μέσα, και οι απώλειες που προκύπτουν είναι αρκετά ανησυχητικές. Ενώ το υλικό PTFE έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, το πολυτετραφθοροαιθυλένιο χρησιμοποιεί τα κύρια ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά στις βιομηχανίες πετρελαίου, χημικών, κλωστοϋφαντουργικών και άλλων βιομηχανιών.
Οι ειδικές εφαρμογές περιλαμβάνουν: σωλήνες διανομής, σωλήνες εξάτμισης, σωλήνες ατμού για τη μεταφορά διαβρωτικών αερίων, σωλήνες λαδιού υψηλής πίεσης για ελασματουργεία, σωλήνες υψηλής, μέσης και χαμηλής πίεσης για υδραυλικά συστήματα αεροσκαφών και συστήματα ψυχρής πίεσης, πύργους απόσταξης, εναλλάκτες θερμότητας, βραστήρες, πύργους και δεξαμενές. Η απόδοση των σφραγίδων χημικού εξοπλισμού, όπως οι επενδύσεις και οι βαλβίδες, έχει μεγάλο αντίκτυπο στην απόδοση και την απόδοση ολόκληρου του μηχανήματος και του εξοπλισμού. Το υλικό PTFE έχει τα χαρακτηριστικά αντοχής στη διάβρωση, αντίσταση γήρανσης, χαμηλό συντελεστή τριβής και μη κολλητική, ευρεία περιοχή θερμοκρασίας και καλή ελαστικότητα, καθιστώντας το πολύ κατάλληλο για την κατασκευή σφραγίδων με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη διάβρωση και θερμοκρασίες λειτουργίας άνω των 100°. Όπως στεγανοποιήσεις για αυλακωτές φλάντζες μηχανών, εναλλάκτες θερμότητας, δοχεία υψηλής πίεσης, δοχεία μεγάλης διαμέτρου, βαλβίδες και αντλίες, σφραγίδες για δοχεία αντίδρασης γυαλιού, επίπεδες φλάντζες, φλάντζες μεγάλης διαμέτρου, άξονες, ράβδους εμβόλων, ράβδοι βαλβίδων, αντλίες με γρανάζια σκουληκιών, στεγανοποιήσεις ράβδων σύνδεσης κ.λπ.
2.Η απόδοση χαμηλής τριβής του πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE) χρησιμοποιείται σε εφαρμογές φορτίου.
Τα μέρη τριβής ορισμένου εξοπλισμού δεν είναι κατάλληλα για λίπανση, όπως σε περιπτώσεις όπου το λιπαντικό γράσο διαλύεται από διαλύτες και καταστεί αναποτελεσματικό, ή σε χαρτοποιία, φαρμακευτικά προϊόντα, τρόφιμα, υφάσματα κ.λπ. εξαρτήματα μηχανικού εξοπλισμού. Αυτό συμβαίνει επειδή ο συντελεστής τριβής αυτού του υλικού είναι ο χαμηλότερος μεταξύ των γνωστών στερεών υλικών. Οι ειδικές χρήσεις του περιλαμβάνουν ρουλεμάν για χημικό εξοπλισμό, μηχανήματα χαρτοποιίας και γεωργικά μηχανήματα, ως δακτυλίους εμβόλων, ράγες οδήγησης εργαλειομηχανών και δακτυλίους οδήγησης. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε έργα αστικής κατασκευής ως ολισθητήρες στήριξης για γέφυρες, δοκούς οροφής από χαλύβδινη κατασκευή σήραγγας, μεγάλους αγωγούς χημικών και δεξαμενές αποθήκευσης. Μπλοκ, καθώς και χρησιμοποιούνται ως στηρίγματα γεφυρών και περιστρεφόμενες γέφυρες κ.λπ.
3.Εφαρμογές πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE) σε ηλεκτρονικές και ηλεκτρικές εφαρμογές.
Οι εγγενείς χαμηλές απώλειες και η μικρή διηλεκτρική σταθερά των υλικών PTFE το επιτρέπουν να μετατραπεί σε επισμαλτωμένα καλώδια για χρήση σε μικροκινητήρες, θερμοστοιχεία, συσκευές ελέγχου κ.λπ. Είναι επίσης ένα από τα απαραίτητα υλικά για βιομηχανικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως η αεροδιαστημική και η αεροδιαστημική. Η χρήση πλαστικών μεμβρανών φθορίου έχει υψηλή διαπερατότητα στο οξυγόνο και υψηλή διαπερατότητα στους υδρατμούς. Αυτή η επιλεκτική διαπερατότητα μικρής διαπερατότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αισθητήρων οξυγόνου. Τα χαρακτηριστικά των φθοριοπλαστικών που προκαλούν απόκλιση πολικού φορτίου σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μικροφώνων, ηχείων, εξαρτημάτων σε ρομπότ κ.λπ., ενώ η χαμηλή διάθλασή τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα χαρακτηριστικά της υψηλής απόδοσης μπορούν να κάνουν οπτικές ίνες.
4.Εφαρμογή του πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE) στην ιατρική ιατρική.
Το διογκωμένο υλικό PTFE είναι καθαρά αδρανές και έχει πολύ ισχυρή βιολογική προσαρμοστικότητα. Δεν θα προκαλέσει απόρριψη από τον οργανισμό και δεν έχει φυσιολογικές παρενέργειες στον ανθρώπινο οργανισμό. Μπορεί να αποστειρωθεί με οποιαδήποτε μέθοδο. Η μικροπορώδης δομή του επιτρέπει τη χρήση σε μια ποικιλία λύσεων αποκατάστασης, όπως τεχνητά αιμοφόρα αγγεία και επιθέματα για την αναγέννηση μαλακών ιστών και χειρουργικά ράμματα για αγγειακές, καρδιακές, γενικές και ορθοπεδικές επεμβάσεις.
Το υλικό PTFE έχει τη μικρότερη επιφανειακή τάση μεταξύ των στερεών υλικών και δεν προσκολλάται σε καμία ουσία. Έχει επίσης τα χαρακτηριστικά αντοχής σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες και χημική αδράνεια, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές όπως η κατασκευή. Τα αντικολλητικά τηγάνια χρησιμοποιούνται ευρέως σε αντικολλητικές εφαρμογές. Η αντικολλητική διαδικασία περιλαμβάνει κυρίως δύο τύπους: την τοποθέτηση του φύλλου PTFE στο υπόστρωμα και την τοποθέτηση του Επικάλυψη PTFE ή βερνίκι με γυαλί στο υπόστρωμα μέσω θερμικής συρρίκνωσης.
Αν και τα υλικά PTFE εξακολουθούν να έχουν το πρόβλημα της υψηλής δυσκολίας στη συγκόλληση, με την πρόοδο της τεχνολογίας, οι νέες μέθοδοι σύνθεσης θα λύσουν σύντομα τα σημεία πόνου του PTFE και θα εφαρμόσουν το PTFE σε ένα ευρύτερο φάσμα πεδίων.
